[發明專利]一種基于互相關虛擬陣的五元體積陣多目標方位估計方法

有效

• 申請號: 201610968237.8
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106526563B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 孫超;蔣國慶;劉雄厚;榮英佼
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國人民解放軍63983部隊
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于互相關虛擬陣的五元體積陣多目標方位估計方法，使用的五元體積陣結構獲取各陣元在多個窄帶信源入射下的接收信號；在各陣元接收信號之間做互相關處理，得到一個25元虛擬體積陣以及對應的輸出序列；將同一位置上重疊的虛擬陣元所對應的輸出序列求平均，得到一個17元虛擬體積陣以及對應的輸出序列；對所獲得的17元虛擬體積陣的輸出序列采用MVDR方法進行二維方位估計，獲得多個目標對應的方位角和俯仰角。本發明增加了陣列自由度，并且抑制了噪聲，從而提高五元體積陣在低信噪比下方位估計的性能。

技術領域

本發明涉及一種目標方位估計方法。

背景技術

在低空目標探測等方面，小尺度基陣以結構簡單、布放便利等特性得以廣泛應用(徐小哲，小尺度基陣空氣聲被動定向[D].西北工業大學,2005.)。而傳統的目標方位估計方法，如常規波束形成法(Conventional BeamForming，CBF)、最小方差無失真響應法(Minimum Variance Distortionless Response，MVDR)和多重信號分類法(MUltipleSIgnal Classification,MUSIC)，在滿足陣元間距等于半波長條件的大型基陣中具有很好的目標方位估計效果。但是小尺度基陣的陣元間距小且陣元數目少，并且所探測目標的信號頻率范圍較廣，導致陣元間距無法滿足半波長的條件，因此將傳統的方位估計方法應用于小尺度基陣時，方位估計性能較差。為了提高小尺度基陣的目標方位估計性能，王學青(王學青，時銀水，朱巖.四元平面方陣對空聲時延定位誤差分析[J].電聲技術,2005(11):4-6.)、程翔(程翔，張河.高低四元陣定位算法及其精度分析[J].探測與控制學報,2006,28(4):12-14.)、孫書學(孫書學，顧曉輝，孫曉霞.用正四棱錐形陣對聲目標定位研究[J].應用聲學,2006,25(2):102-108.)和林曉東(林曉東，吳松林，張川.六元探測基陣被動聲定位算法及其性能研究[J].聲學技術,2008,27(2):192-196.)等人研究了不同陣型的小尺度基陣目標方位估計的性能和影響因素。

但是，上述研究中的方法都是直接根據陣元接收信號間的時延差和數學模型計算出目標的方位和距離，對目標方位估計算法沒有更深入的研究。另外，未考慮多目標情況下的目標分辨問題，同時也未考慮信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)對方位估計的影響。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明針對五元體積陣提出一種基于互相關虛擬陣列的最小方差無失真響應(Cross-Correlation Minimum Variance DistortionlessResponse,CC_MVDR)多目標方位估計方法，將互相關處理和Toeplitz平均處理相結合，有效改善傳統方法在低信噪比下目標方位估計的性能，提高五元體積陣多目標方位估計的性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

1)獲取五元體積陣各陣元在D個窄帶信源入射下的接收信號X(t)；其中，窄帶信源的頻率由五元體積陣所探測目標的頻率特性確定，而常見的直升機、坦克和裝甲車等目標噪聲信號的頻率范圍都在400Hz以內；所述的五元體積陣由5個麥克風S_m作為陣元組成，4個陣元位于正方形的四個頂點，第5個陣元位于正方形中心的正上方，第m個陣元的位置坐標記為P_m，m＝1,2,…,5，五個陣元到正方形中心的距離均為r，其值為信號波長的四分之一；